PÉRDIDA DE ENERGÍA POR FRICCIÓN DEL FLUIDO.

...

(2)[pic 8]

Las pérdidas de energía por unidad de masa, FTR, en una tubería recta cuando fluye un fluido son evaluadas por la siguiente expresión:

(3)[pic 9]

Donde

FT = fuerza tangencial ejercida sobre la pared de la tubería, N

= velocidad lineal, m/s.[pic 10]

= flujo de masa de fluido que está fluyendo.[pic 11]

La fuerza tangencial es función del esfuerzo cortante y del área lateral del tubo:

[pic 12]

(4)[pic 13]

El flujo de masa por donde circula el fluido es igual a la densidad por la velocidad y por el área transversal del tubo (A = π/4D2).

(5)[pic 14]

Reemplazando la ecuación (4) y la ecuación (5) en la ecuación (3) y teniendo en cuenta el factor fricción definido en la ecuación (2) se obtiene la ecuación de Darcy - Weisbach presentada en la ecuación (1).

→[pic 15][pic 16]

El factor fricción depende del número de Reynolds y de la aspereza relativa. La aspereza relativa es la relación de la aspereza absoluta () entre el diámetro interno de la tubería (D). La aspereza o rugosidad de la pared de la tubería es propia de cada material. [pic 17]

Las tuberías viejas, sucias y corroídas, presentan mayor rugosidad que las tuberías nuevas. Cuando se diseña un problema de transporte de fluido a través de un sistema de tubería se realiza con valores de rugosidad para tuberías nuevas.

- DIAGRAMA DE MOODY:

Este diagrama contiene el (f) en ordenadas frente al (NRe) en abscisas. El diagrama de Moody sirve para hallar el factor fricción, f , para fluidos newtonianos.

El factor fricción en general es una función del NRe y de la aspereza relativa. Para flujos con régimen laminar el factor fricción solamente es función del NRe, teniendo poca importancia la rugosidad relativa. Para flujos con régimen turbulento el factor fricción es función de la aspereza relativa, dejando tener importancia el NRe.

FIGURA N° 02: Diagrama de Moody. Factor fricción.

[pic 18]

- ROTÁMETROS.

Estos medidores de flujo están diseñados bajo la variación de un área de flujo, la caída de presión es constante y la velocidad de flujo es función del área de la corona circular, la pared del tubo y del flotador. El medidor de área variable más importante es el rotámetro.

[pic 19]

[pic 20]

- CALIBRACIÓN DEL ROTÁMETRO.

Calibrar un rotámetro significa medir in situ los caudales reales que está fluyendo a través del mismo para diferentes lecturas de la escala del rotámetro, para luego graficar los caudales reales en función de las lecturas del rotámetro, obtener una curva y determinar su ecuación matemática. La ecuación matemática sirve para obtener el verdadero caudal que está fluyendo por el rotámetro para cualquier lectura del rotámetro.

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- MATERIALES Y MÉTODOS:

- Materiales.

- Agua potable.

- Mangueras.

- Baldes.

- Probetas.

- Equipos y Aparatos.

- Equipos de fluido marca TECQUIMENTD MADE INGLAN, instalados en el Laboratorio de Mecánica de Fluido.

- Termómetro.

- Cronómetro.

- Inflador.

- DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO:

El esquema del sistema de tuberías del equipo experimental se presenta en la siguiente figura N°4, está formado por dos líneas en paralelo y contiene:

- Un tanque de almacenamiento de agua

- Una bomba centrífuga trifásica de 1/8W de potencia

- Un rotámetro

- Tuberías de 13.6 mm y 26.2 mm, de diámetro

- Piezómetros

- Una válvula de globo u una válvula de compuerta, con sus respectivos manómetros diferencial en U.

El tramo de tubería 3-4, de color azul es un tubo recto de 13.6 mm de diámetro interno y 914.4 mm de longitud, en la cual están instalados dos piezómetros cuyas lecturas piezométricas son las alturas en milímetros de columna de agua h3 y h4.

Figura 4: esquema del equipo de flujo de fluidos para pérdidas de energía por fricción en tuberías rectas y accesorios

[pic 21]

- Procedimiento experimental.

Antes de empezar con el experimento es necesario que las dos válvulas instaladas una en la tubería azul y la otra en la tubería celeste estén completamente abiertas o al menos una de ellas, si no lo están el mercurio de los manómetros diferenciales en U que miden la presión relativa de estas válvulas fugarán hacia la corriente de agua y se tendrá problemas con la realización del experimento.

Se debe verificar que las alturas de agua en los piezómetros deben estar a un mismo nivel, si no lo están es porque en los tubos de plástico de los piezómetros existe burbujas de aire las cuales deben ser evacuadas. Si las alturas de agua en los tubos de plástico de los piezómetros están muy arriba cerca a las válvulas de evacuación de aire de los piezómetros, esto no permitirá realizar una buena lectura del mismo cuando el equipo esté en funcionamiento, para lo cual se debe insuflar aire con el inflador hasta alcanzar una altura piezométrica pequeña adecuado. Los siguientes pasos se deben seguir para llevar a cabo el experimento:

Poner en funcionamiento la bomba y controlar un caudal moderado para el flujo del